Филогенетический анализ штаммов Yersinia pestis средневекового биовара, выделенных в Прикаспийском Северо-Западном степном очаге чумы в XX столетии

Цель работы. Выполнение сравнительного филогенетического анализа штаммов Yersinia pestis, выделенных в Прикаспийском Северо-Западном степном очаге в 1924–1926 гг., 1972 г. и в 1986–1990 гг., для выяснения причин его реактивизации в различные периоды XX в.

Материалы и методы. В работе использованы 30 штаммов Y. pestis из Прикаспийского Северо-Западного степного природного очага и сопредельных очагов чумы. Проведено полногеномное секвенирование восьми штаммов Y. pestis из этого очага, а также использованы полногеномные последовательности еще 16 штаммов из сопредельных природных очагов. Полногеномное секвенирование штаммов Y. pestis выполняли в Ion PGM system (Life technologies). Поиск SNPs в коровом геноме проводили с использованием программы Wombac 2.0. Для анализа филогенетических связей штаммов строили дендрограмму Maximum Likelihood, модель HKY85.

Результаты и обсуждение. Установлено, что в начале XX в. (1924–1926 гг.) на Ергенинской возвышенности в Прикаспийском Северо-Западном степном природном очаге циркулировали штаммы филогенетических ветвей 2.MED4 и 2.MED1 средневекового биовара основного подвида, которые в дальнейшем исчезли с этой территории. Показано, что штаммы, полученные на Ергенинской возвышенности в 1972 г., составили единый подкластер дендрограммы со штаммами из низкогорных и предгорных очагов чумы Кавказа и Закавказья этого же временного периода. Сделан вывод о том, что эпизоотические проявления на Ергенинской возвышенности в 1972 г., после длительного перерыва с 1938 г., вызваны заносом штаммов Y. pestis из низкогорных природных очагов чумы Кавказа и Закавказья. Отмечено, что «экспансия» кавказских штаммов носила кратковременный характер, и с 1974 г. (включая и современный период) зараженных чумой животных на Ергенинской возвышенности не регистрировали. Определено, что штаммы Y. pestis, выделенные в 1986–1990 гг. в восточной части Прикаспийского Северо-Западного степного очага, не имеют близкого генетического родства со штаммами, циркулировавшими на Ергенинской возвышенности в 1924–1926 гг. и 1972 г. Установлено, что каждый эпизоотический период (1913–1938 гг. и 1972–1973 гг.) в Прикаспийском Северо-Западном степном природном очаге завершался элиминацией циркулирующих штаммов Y. pestis и оздоровлением очаговой территории. 

1. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Природные очаги чумы Кавказа, Прикаспия, Средней Азии и Сибири. М.: Медицина; 2004. 192 c.

2. Попов Н.В. Дискретность – основная пространственновременная особенность проявлений чумы в очагах сусликового типа. Саратов: Изд-во СГУ; 2002. 189 c.

3. Gage K.L., Kosoy M.Y. Natural history of plague: perspective from more than a century of research. Annu. Rev. Entomol. 2005; 50:505–28. DOI: 10.1146/annurev.ento.50.071803.130337

4. Бочарников О.Н., Карпузиди К.С., Климченко И.З., ТерВартанов В.Н., Тинкер И.С., Шишкин А.К., Ширяев Д.Т. Опыт работ по ликвидации энзоотии чумы в очаге Северо-Западного Прикаспия. В кн.: Природная очаговость и эпидемиология особо опасных инфекционных заболеваний. Саратов; 1959. С. 235–46.

5. Калабухов Н.И. Явление длительных перерывов эпизоотической активности природных очагов чумы и его вероятные причины. Зоологический журнал. 1969; 48:165–75.

6. Лавровский А.А., Варшавский С.Н., Герасимова Н.Г. и др. Эпизоотии чумы среди малых сусликов в природном очаге Северо-Западного Прикаспия в 1972–1973 гг. Проблемы особо опасных инфекций. 1974; 3:5–17.

7. Devignat R. Variétés de l'espèce Pasteurella pestis. Nouvelle hypothèse. Bull. World Health Organ. 1951; 4(2):241–63. PMCID: PMC2554099. PMID: 14859080.

8. Achtman M., Zurth K., Morelli G., Torrea G., Guiyoule A., Carniel E. Yersinia pestis, the cause of plague, is a recently emerged clone of Yersinia pseudotuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96(24):14043–8. DOI: 10.1073/pnas.96.24.14043.

9. Li Y., Cui Y., Hauck Y., Platonov M.E., Dai E., Song Y., Guo Z., Pourcel C., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., Yang R., Vergnaud G.. Genotyping and phylogenetic analysis of Yersinia pestis by MLVA: Insights into the worldwide expansion of Central Asia plague foci. PloS ONE. 2009; 4(6):e6000. DOI: 10.1371/journal.pone.0006000.

10. Morelli G., Song Y., Mazzoni C.J., Eppinger M., Roumagnac P., Wagner D.M., Feldkamp M., Kusecek B., Vogler A.J., Li Y., Cui Y., Thomson N.R., Jombart T., Leblois R., Lichtner P., Rahalison L., Petersen J.M., Balloux F., Keim P., Wirth T., Ravel J., Yang R., Carniel E., Achtman M. Yersinia pestis genome sequencing identifies patterns of global phylogenetic diversity. Nat. Genet. 2010; 42(12):1140–3. DOI: 10.1038/ng.705.

11. Cui Y., Yu C., Yan Y., Li D., Li Y., JombartT., Weinert L.A., Wang Z., Guo Z., Xu L., Zhang Y., Zheng H., Qin N., Xiao X., Wu M., Wang X., Zhou D., Qi Z., Du Z., Wu H., Yang X., Cao H., Wang H., Wang J., Yao S., Rakin A., Li Y., Falush D., Balloux F., Achtman M., Song Y., Wang J., Yang R. Historical variations in mutation rate in an epidemic pathogen, Yersinia pestis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013; 110(2):577–82. DOI: 10.1073/pnas.1205750110.

12. Kutyrev V.V., Eroshenko G.A., Motin V.L., Nosov N.Y., Krasnov J.M., Kukleva L.M., Nikiforov K.A., Al’hova J.V., Oglodin E.G., Guseva N.P. Phylogeny and classification of Yersinia pestis through the lens of strains from the plague foci of Commonwealth of Independent States. Front. Microbiol. 2018; 9:1106. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01106.

13. Demeure C.E., Dussurget O., Fiol G.M., Le Guern A.-S., Savin C., Pizarro-Cerdá J. Yersinia pestis and plague: an updated view on evolution, virulence determinants, immune subversion, vaccination, and diagnostics. Genes Immun. 20(5):357–70. DOI: 10.1038/s41435-019-0065-0.

14. Spyrou M. A., Tukhbatova, R. I., Feldman, M., Drath, J., Kacki, S., Beltrán de Heredia J., Arnold S., Sitdikov A.G., Castex D., Wahl J., Gazimzyanov I.R., Nurgaliev D.K., Herbig A., Bos K.I., Krause J. Historical Y. pestis genomes reveal the European Black Death as the source of ancient and modern plague pandemics. Cell Host Microbe. 2016; 19(6):874–81. DOI: 10.1016/j.chom.2016.05.012.

15. Seifert L., Wiechmann I., Harbeck M., Thomas A., Grupe G., Projahn M., Scholz H.C., Riehm J.M. Genotyping Yersinia pestis in historical plague: evidence for long-term persistence of Y. pestis in Europe from the 14th to the 17th century. PloS ONE. 2016; 11(1):e0145194. DOI: 10.1371/journal.pone.0145194.

16. Bos K.I., Herbig A., Sahl J., Waglechner N., Fourment M., Forrest S.A., Klunk J., Schuenemann V.J., Poinar D., Kuch M., Golding G.B., Dutour O., Keim P., Wagner D.M., Holmes E.C., Krause J., Poinar H.N. Eighteenth century Yersinia pestis genomes reveal the long-term persistence of an historical plague focus. Elife. 2016; 5:e12994. DOI: 10.7554/eLife.12994.

17. Жаринова Н.В., Брюханова Г.Д., Еременко Е.И., Брюханов А.Ф., Бейер А.П., Царева Н.С., Зайцев А.А. Свойства штаммов чумного микроба, циркулирующих в ЦентральноКавказском высокогорном природном очаге чумы. В кн.: Актуальные проблемы эпидемиологии и профилактики инфекционных болезней. Самара; 2004. Т. 2. С. 14.

18. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика особо опасных инфекционных болезней. М.: ЗАО «Шико»; 2013. 560 c.

19. Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nature Methods. 2012; 9(8):772. DOI: 10.1038/nmeth.2109.